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Modelagem Numérica de Terreno
Profª Iana Alexandra Alves Rufino
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Modelagem Numérica de Terreno
Dados Vetoriais x Dados Matriciais Definição Amostragem Estruturas de dados em MNT Grades Regulares (GRID) Grades Irregulares (TIN) Análises sobre MNT
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Dados espaciais Existem duas grandes classes de representações computacionais de dados espaciais: Vetoriais Matriciais. MNT
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Dados vetoriais MNT mercado público rua dos ilhéus clube 12 de agosto
peixaria Guimarães MNT
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Dados matriciais MNT
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Dados matriciais Formato “RASTER”: método mais usado e mais simples de representar superfícies contínuas, principalmente elevação do terreno.
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Modelagem Numérica de Terreno
Dados Vetoriais x Dados Matriciais Definição Amostragem Estruturas de dados em MNT Grades Regulares (GRID) Grades Irregulares (TIN) Análises sobre MNT
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Modelagem Numérica de Terreno
Definição: Um Modelo Numérico de Terreno (MNT) é uma representação matemática computacional da distribuição de um fenômeno espacial que ocorre dentro de uma região da superfície terrestre. MNT
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Modelagem Numérica de Terreno
A criação de um modelo numérico de terreno corresponde a uma nova maneira de enfocar o problema da elaboração e implantação de projetos; A partir dos modelos (grades) pode-se: calcular diretamente volumes e áreas; desenhar perfis e secções transversais; gerar imagens sombreadas ou em níveis de cinza; gerar mapas de declividade e aspecto; gerar fatiamentos nos intervalos desejados e gerar perspectivas tridimensionais. MNT
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Modelagem Numérica de Terreno
Exemplos de fenômenos representados por um MNT: Dados de relevo; Dados geológicos; Levantamentos de profundidades do mar ou de um rio ou de um açude ou de um aqüífero; Dados meteorológicos; Dados geofísicos e geoquímicos; MNT
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Mapa Batimétrico
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graus
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Modelagem Numérica de Terreno
Principais usos de MNT Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas topográficos; Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens; Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio a análise de geomorfologia e erodibilidade; Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis). MNT
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Modelagem Numérica de Terreno: etapas de geração
Aquisição das amostras ou amostragem Geração do modelo ou interpolação Aplicações MNT
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Modelagem Numérica de Terreno
Dados Vetoriais x Dados Matriciais Definição Amostragem Estruturas de dados em MNT Grades Regulares (GRID) Grades Irregulares (TIN) Análises sobre MNT
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Amostragem A amostragem compreende a aquisição de um conjunto de amostras representativas do fenômeno de interesse; Geralmente essas amostras estão representadas por curvas de isovalores ou pontos tridimensionais (x, y, z). MNT
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X=Dose de nitrogênio Y=Lâmina de Irrigação Z=Produtividade do Trigo
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Amostragem Deve-se considerar a quantidade e também o posicionamento das amostras em relação ao comportamento do fenômeno: Uma superamostragem de altimetria numa região plana = redundância de informação Poucos pontos em uma região de relevo movimentado = escassez de informações. MNT
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Amostragem: classificação
Quanto a posição relativa das amostras: Regular: posição espacial (x, y) das amostras mantém uma regularidade de distribuição Semi-regular: preservam a regularidade de distribuição espacial na direção x ou y mas nunca nas duas ao mesmo tempo. Ex: amostragem por perfis (regularidade em uma direção pre-estabelecida) Irregular: distribuição espacial completamente irregular MNT
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Amostragem: cuidados O cuidado na escolha dos pontos e a quantidade de dados amostrados estão diretamente relacionados com a qualidade do produto final de uma aplicação sobre o modelo; Para aplicações onde se requer um grau de realismo maior, a quantidade de pontos amostrados, bem como o cuidado na escolha desses pontos, ou seja a qualidade dos dados, são decisivos; MNT
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Amostragem: cuidados Quanto maior a quantidade de pontos representantes da superfície real, maior será o esforço computacional para que estes sejam armazenados, recuperados e processados, até que se alcance o produto final da aplicação. MNT
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Amostragem: redução de amostras
A entrada de isolinhas na modelagem numérica produz muitas vezes um número excessivo de pontos para representar a isolinha; O espaçamento ideal entre pontos de uma mesma isolinha deve ser a distância média entre a isolinha e as isolinhas vizinhas; MNT
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Amostragem: redução de amostras
Os pontos em excesso, ao longo de uma linha, podem ser eliminados utilizando um procedimento de simplificação; O problema de simplificação de linhas consiste em obter uma representação formada por menos vértices, e portanto mais compacta de uma isolinha; MNT
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Modelagem Numérica de Terreno
Revisão: Dados Vetoriais x Dados Matriciais Definição Amostragem Estruturas de dados em MNT Grades Regulares (GRID) Grades Irregulares (TIN) Análises sobre MNT
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Estrutura de dados em MNT: Grades Regulares (GRID)
A grade regular é um modelo digital que aproxima superfícies através de um poliedro de faces retangulares; MNT
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Estrutura de dados em MNT: Grades Regulares (GRID)
O espaçamento da grade, ou seja, a resolução em x ou y, deve ser idealmente menor ou igual a menor distância entre duas amostras com cotas diferentes; Ao se gerar uma grade muito densa (distância entre os pontos pequena), existirá um maior número de informações sobre a superfície analisada, porém necessitará maior tempo para sua geração; MNT
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Estrutura de dados em MNT: Grades Regulares (GRID)
Considerando distâncias grandes entre os pontos, será criada uma grade “grosseira”, que poderá acarretar perda de informação. Uma vez definida a resolução e conseqüentemente as coordenadas de cada ponto da grade, pode-se aplicar um método de interpolação para calcular o valor aproximado da elevação; MNT
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Resolução Método de Interpolação
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Estrutura de dados em MNT: Grades Irregulares (TIN)
Representa a superfície através de um conjunto de faces triangulares interligadas; Para cada um dos três vértices do triângulo são armazenadas as coordenadas de localização (x,y) e do atributo z. MNT
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Estrutura de dados em MNT: Grades Irregulares (TIN)
Esta modelagem permite que as informações morfológicas importantes, como as descontinuidades representadas por feições lineares de relevo (cristas) e drenagem (vales), sejam consideradas durante a geração da grade; Modela o terreno preservando as feições geomórficas da superfície; MNT
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Tabuleiros Costeiros Planície Costeira CABEDELO JOÃO PESSOA
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Estrutura de dados em MNT: TIN X GRID
A transformação de um modelo de grade triangular em retangular é útil quando se quer visualizar o modelo em projeção planar e o único modelo que se dispõe é o de grade triangular; O processo de visualização do MDT em projeção planar fornece um resultado mais realista quando se usa o modelo de grade regular ao invés da grade irregular; MNT
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TIN_JP
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Comparação entre modelos de Grades (Felgueiras e Câmara, 2000)
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Modelagem Numérica de Terreno
Dados Vetoriais x Dados Matriciais Definição Amostragem Estruturas de dados em MNT Grades Regulares (GRID) Grades Irregulares (TIN) Análises sobre MNT
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Análises em MNT As análises desenvolvidas sobre um modelo digital de terreno permitem: visualizar o modelos em projeção geométrica planar; Gerar imagens de nível de cinza, imagens sombreadas e imagens temáticas; Calcular volumes de aterro e corte; MNT
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Análises em MNT As análises desenvolvidas sobre um modelo digital de terreno permitem: Realizar análises de perfis sobre trajetórias predeterminadas; Gerar mapeamentos derivados tais como mapas de declividade e exposição, mapas de drenagem, mapas de curva de nível e mapas de visibilidade. MNT
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Análises em MNT Os produtos das análises podem, ainda, serem integrados com outros tipos de dados geográficos objetivando o desenvolvimento de diversas aplicações de geoprocessamento: planejamento urbano e rural; análises de aptidão agrícola; determinação de áreas de riscos; geração de relatórios de impacto ambiental e outros. MNT
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Análises em MNT: imagens em níveis de cinza
Mapeia os valores de cota do fenômeno representado para valores de 1 a 255 da imagem; O valor de nível de cinza igual a 0 é usado em áreas onde não existe definição do valor de cota para o modelo; Essa imagem é muito útil para se obter uma percepção qualitativa global da variação do fenômeno representado pelo MNT. MNT
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Modelo de grade regular representado como uma imagem
em níveis de cinza
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Análises em MNT: imagens sombreadas
É gerada a partir do modelo e do posicionamento, em relação à superfície, de uma fonte de iluminação local; A imagem sombreada é muito útil como imagem de textura para compor uma projeção geométrica planar utilizando-se o MNT; MNT
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Modelo de grade regular representado como uma imagem
sombreada
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Análises em MNT: imagens temáticas
O fatiamento de um modelo consiste em se definir intervalos, ou fatias, de cotas com a finalidade de se gerar uma imagem temática a partir do modelo; Assim, cada tema, ou classe, da imagem temática é associado a um intervalo de cotas dentro dos valores atribuídos ao fenômeno modelado. MNT
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Imagem temática gerada a partir do fatiamento de um modelo
digital de terreno.
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Análises em MNT: geração de mapas de contorno
O processo de geração de mapa de contornos é automático e necessita apenas da definição do modelo e das curvas a serem geradas; As curvas podem ser definidas individualmente ou com espaçamento constante. MNT
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Análises em MNT: geração de mapas de contorno
Geração de uma curva de contorno a partir de um modelo de grade (a) retangular e (b) triangular
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Análises em MNT: análise de perfis
A partir de um MNT pode-se criar gráficos de perfis do fenômeno ao longo de uma trajetória; Um gráfico de perfil representa a variação do fenômeno estudado em função da distância planar percorrida numa trajetória predefinida; MNT
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Análises em MNT: análise de perfis
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Análises em MNT: análise de visibilidade
. A análise de visibilidade compreende a criação de um mapa de áreas visíveis em relação à uma ou mais posições do terreno; Pode-se, por exemplo, definir-se áreas de visibilidade para fins de telefonia celular. Nessa aplicação é importante o estudo das áreas de influência de uma ou mais antenas e áreas de superposição entre 2 ou mais antenas; MNT
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Análises em MNT: análise de visibilidade
. MNT Análise de visibilidade entre extremos de um perfil: (a)extremos não visíveis e (b) extremos visíveis.
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Análises em MNT: análise de visibilidade
. MNT Ilustração da análise de visibilidade: (a) imagem em nível de cinza do modelo e (b) mapa de áreas visíveis.
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Análises em MNT: Cálculo de Volumes
. A partir de um MNT é possível se calcular volumes dentro de uma região do espaço predeterminada; Delimitando-se de uma área, dentro de uma região de interesse, e definindo-se um plano horizontal de corte é possível calcular o volume de corte e o volume de aterro referentes a esse plano base; MNT
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Análises em MNT: Cálculo de Volumes
. MNT
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Análises em MNT: Cálculo de Volumes
Aplicações: cálculo do volume de água represado por uma barragem; O plano horizontal base e a região de interesse são definidos pela altura de enchimento da barragem; Neste caso o volume de água da barragem é igual ao volume de aterro calculado. . MNT
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Análises em MNT: Geração de mapas de declividade
Declividade é a inclinação da superfície do terreno em relação ao plano horizontal; Considerando um MNT de dados altimétricos e traçando um plano tangente a esta superfície num determinado ponto (P), a declividade em P corresponderá a inclinação deste plano em relação ao plano horizontal; . MNT
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Análises em MNT: Geração de mapas de declividade
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Análises em MNT: Geração de mapas de declividade
Em algumas aplicações geológicas e geomorfológicas é necessário encontrar regiões pouco acidentadas ou regiões que estejam expostas ao sol durante um determinado período do dia; Para responder estas questões a declividade conta com duas componentes: o gradiente e a exposição . MNT
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Análises em MNT: Geração de mapas de declividade
O gradiente é a taxa máxima de variação no valor da elevação, pode ser medido em grau (0 a 90°) ou em porcentagem (%); A exposição (ou aspecto) é a direção dessa variação medida em graus (0 a 360°); . MNT
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Projeto SRTM - Shuttle Radar Topography Mission
NASA (National Aeronautics and Space Administration); NIMA (National Imagery and Mapping Agency); DLR (Agência Espacial Alemã) e ASI (Agência Espacial Italiana) OBJETIVO: gerar um Modelo Digital de Elevação (MDE) da Terra
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Projeto SRTM - Shuttle Radar Topography Mission
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Amostra de uma imagem com um sink
Remoção de Sinks Um sink é uma área rodeada por elevações com valores de cotas superiores, que pode ser associada a uma depressão. A maioria dos sinks pode ser considerada imperfeição no MNT. Amostra de uma imagem com um sink Sink corrigido
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Direção de fluxo (Flow Direction)
Define as direções de fluxo de água baseada na linha de maior declividade do terreno. Este arquivo dever ser gerado a partir da imagem de radar devidamente preenchida (fill sinks). 32 64 128 16 1 8 4 2 32 64 128 16 1 8 4 2 Flow direction map
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Direção de fluxo acumulado (Flow Accumulation)
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